吸声体和吸音材料通常用于控制声音水平,以使用户感到舒适、符合法规要求或在家庭和商业空间中提供音频保密性。通常,这些吸音材料以泡沫或玻璃棉层的形式出现。为了有效地控制低频噪音,例如在汽车或飞机的发动机噪音中,需要相对较厚的多孔材料层,我们会找到更符合环保、更轻和更薄的吸声材料,从而满足声学性能指标。纳米纤维是一种很有应用潜景的材料,通过相对薄的多孔层实现高吸声性能。纳米纤维非织造材料通常由选定的聚合物组成,并使用静电纺丝等方法制造。这些纤维由随机取向的无限长的网构成,并且它们很细,通常比人的头发小约500倍,即远小于1mm。纤维的纳米直径导致成型材料具有显著的更高的表面积和对气流的抵抗力,从而产生了吸声效果。但是,对于纳米纤维材料应用于声学的背后的基础科学的理解是有限的。由于两个原因,对纳米纤维膜的声学和非声学特性进行建模特别具有挑战性。首先,与表征膜的关键固有材料参数(例如膜厚度、密度和孔径)相关的困难很多。其次,这些膜通常缺乏足够的厚度和足够高的刚度,无法使用标准方法来测试其声学性能。结果,普遍缺乏关于纳米纤维介质的声学和相关的非声学性质的研究论文与成果。现有出版物通常会提供这些介质的扫描电子显微镜(SEM)图像以及吸声系数或传输损耗数据。这些工作经常会详细地讨论了纳米纤维的生产过程,引用纤维直径的数据并测量了纤维的表面密度,产生了纳米纤维膜。然而,通常很少或几乎没有关于材料的孔结构、膜厚度或堆积密度的详细信息。没有做出任何努力来使用有效的理论或半经验模型解释所观察到的纳米纤维膜的声学性能。谢菲尔德大学机械工程系A. Hurrell、K.V.Horoshenkov和萨里大学电子电气工程系先进技术研究所S.G. King、V. Stolojon等人发表在Applied Acoustics上的“On the relationship of the observed acoustical and relatednon-acoustical behaviours of nanofibers membranes using Biot- and Darcy-typemodels”的工作试图弥补这一研究领域的空缺,并突出显示与这些材料的声学和相关非声学特性相关的问题。这项工作有可能是学术界第一次应用比翱(Biot)模型和Darcy型数学模型来解释观察到的纳米纤维的声学和相关非声学行为。它确定了与物理现象有关的理论空缺,这些空缺可能是造成纳米纤维膜的声学行为的原因,并提出了填补这些空缺的建议。这项工作的新颖之处在于使用了强大的理论模型来解释放置在泡沫基材上的纳米纤维薄膜的声学特性。使用该模型,可以从声学数据估算出纳米纤维的实际流阻。已经证明,当Knudsen数大于0.02时,即当纳米纤维的直径变得与平均自由程相当时,用于纤维介质的流阻的经典模型将不起作用。